KR100641577B1 - 고망간 및 고질소 오스테나이트계 스테인레스강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중량%로 C: 0.15%이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 5~12%, Ni: 8.0% 이하, Cr: 14.0~23.0%, N: 0.40% 이하, Cu: 3.0% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 이루어지며, 이 범위에서 Cr당량(Creq.)과 Ni당량(Nieq)의 비율 및 과잉질소지수(Ex.N)가 하기의 수식을 만족하도록 합금의 성분을 조절하는 것을 특징으로 하는 고Mn 고N 오스테나이트계 스테인레스강을 요지로 한다..

C1 X Ex.N + C2 X Creq. / Nieq. ≤ 1

스테인레스, 고망간, 고질소, 오스테나이트

Description

고망간 및 고질소 오스테나이트계 스테인레스강{Austenitic Stainless steel with High Mn and N}

도 1은 Cr당량(Creq.)과 Ni당량(Nieq)의 비율 및 과잉질소지수(Ex.N)와의 관계를 도시한 그래프도이다.

본 발명은 고Mn 및 고N 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Cr당량(Creq.)과 Ni당량(Nieq)의 비율 및 과잉질소지수(Ex.N)와의 관계를 이용하여 합금의 성분을 조절하므로써, 질소 기공의 발생을 억제하여 품질을 개선하기 위한 고Mn 및 고N의 오스테나이트계 스테인레스강에 관한 것이다.

대부분의 오스테나이트계 스테인레스강은 연속 주조 및 열간 압연공정에서의 조업을 용이하게 하기 위하여, 연속 주조시에 델타 페라이트 응고구간을 거치도록 설계되어 있는데, 델타 페라이트 구간에서는 질소의 고용도가 낮기 때문에 고N 오스테나이트계 스테인레스강은 이 구간에서도 응고 도중에 질소 기공을 형성하여 품질결함을 일으키는 수가 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, Cr당량(Creq.)과 Ni당량(Nieq)의 비율 및 과잉질소지수(Ex.N)와의 관계를 이용하여 합금의 성분을 조절하여, 질소 기공의 발생을 억제하기 위한 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 중량%로 C: 0.15%이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 5~12%, Ni: 8.0% 이하, Cr: 14.0~23.0%, N: 0.40% 이하, Cu: 3.0% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 조성되며, 상기 Cr당량(Creq.)과 Ni당량(Nieq)의 비율 및 과잉질소지수(Ex.N)가 하기의 수식을 만족하도록 합금의 성분을 조절하는 고망간, 고질소 오스테나이트계 스테인레스강을 제공하는 것을 특징으로 한다.

C1 X Ex.N + C2 X Creq. / Nieq. ≤ 1

또한, 본 발명에서 상기 과잉 질소 지수는 하기의 수식을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

Ex. N = {N /(Cr + 0.5Mn - C - 0.5Si - 0.05Ni)} X 100

또한, 본 발명에서 상기 Ni당량 및 Cr당량은 각각 하기의 수식을 만족하는 것이 바람직하다.

Nieq.(Ni 당량) = Ni + 0.25Mn + 15N + 25C + 0.35Cu

Creq.(Cr 당량) = Cr + 0.7Si

이하 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명은 중량%로 C: 0.15%이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 5~12%, Ni: 8.0% 이하, Cr: 14.0~23.0%, N: 0.40% 이하, Cu: 3.0% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 조성되는 바, 이하에서는 본 발명의 조성범위 한정 이유를 설명한다.

C : 오스테나이트상 형성 원소이며 과다 첨가시 Cr과 반응하여 크롬탄화물을 생성 시키어 내식성을 저하시킴과 동시에 성형성과 연신율을 저하시키므로 200계 스테인레스강의 규격 범위인 0.15% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

Si : 페라이트상의 생성을 조장하면서 열간 가공성을 저해하는 원소이므로, 가능한 한 소량으로 제한하는 것이 바람직하며 본 발명에서는 200계 스테인레스강의 규격 범위인 1% 이하로 제한한다.

Mn : 오스테나이트상 안정화 원소로서 Ni를 대체하는 원소로서 오스테나이트상을 안정화 시키기 위해서 5% 이상이 첨가되나 12% 이상 과다하게 첨가되는 경우 내식성과 냉간가공성이 저하된다.

S : 주원소 합금 내에 불가피하게 함유되는 원소로서 결정입계에 편석되어 열간압연시 가공크랙을 일으키는 원인이기 때문에 가능한 낮은 함량인 0.01% 이하로 제한한다.

Ni : 망간과 마찬가지로 오스테나이트상을 안정화 한다. 그러나 니켈은 합금원소 중 매우 고가일 뿐 아니라 과다하게 첨가될 때 액상 중 질소의 고용도를 낮추 어 기공을 발생시키므로 그 함량은 8% 이하로 제한한다.

Cr : 부동태 피막형성을 촉진하며 동시에 질소의 고용도를 높이는 원소로서 전반적인 내식성을 확보하기 위하여 14% 이상의 첨가가 필요하다. 그러나 크롬이 과다한 경우는 응고 후 과다한 페라이트 상이 잔존하게 되어 열간가공성을 저하시킨다. 따라서 Cr의 첨가량은 14~23%로 제한한다.

N : 오스테나이트상을 안정화 시켜 Ni을 대체하는 원소이다. 강도와 내공식성을 향상 시키는 이점은 있으나 첨가량이 0.4%를 넘으면 주조시 페라이트 상을 통과하는 경우 질소에 의한 기공이 발생될 수 있으므로 질소의 첨가량은 0.4% 이하로 제한한다.

Cu : Ni 대체원소로서 오스테나이트 상을 안정화 시키고 Ni과 같이 강을 연질화 시키는 원소이나 과다 첨가시 내식성과 열간가공성이 저하되므로 3% 이하로 제한한다.

이어, 본 발명은 상기의 조성으로 이루어진 강을 Cr당량(Creq.)과 Ni당량(Nieq)의 비율 및 과잉질소지수(Ex.N)가 (1)의 수식을 만족하도록 합금의 성분을 조절한다.

C1 X Ex.N + C2 X Creq. / Nieq. ≤ 1 --- (1)

여기서, Ex. N (과잉질소지수)를 나타내는 것으로, 질소의 고용도에 비해서 질소의 첨가량이 얼마나 많은지를 나타내는 지수로 열역학적으로 알려진 질소의 고용도를 고려하여 (2)식으로 계산한다.

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Ex. N = {N /(Cr + 0.5Mn - C- 0.5Si - 0.05Ni)} X 100 ------- (2)

여기서, Nieq.(Ni 당량), Creq.(Cr 당량)은 응고 모드 및 응고 시의 델타 페라이트 함량과 관계있는 지수로 문헌상의 자료와 본 연구자의 실험 결과를 바탕으로 하여 결정한 (3)식과 (4)식으로 각각 계산한다.

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Nieq.(Ni 당량) = Ni + 0.25Mn + 15N + 25C + 0.35Cu ------- (3)

Creq.(Cr 당량) = Cr + 0.7Si ----------------------------(4)

식의 C1과 C2는 실험에 의해 구해지며 본 연구자들은 각각 0.2351과 0.4015를 표 1의 성분계에 적용하여 표 2의 값을 구하였으며 그 결과는 도 1과 같이 기공의 발생 경향을 잘 예측하고 있다. C1 및 C2는 각각 도 1에서의 상대기울기를 나타낸다.

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표 1의 성분계를 이용하여 표 2에 나타난 기공의 발생경향을 살펴보면, C1 X Ex.N + C2 X Creq. / Nieq. 에 의하여 얻어진 값이 1이하인 경우 기공의 발생이 현저히 줄어드는 것을 알 수 있다. 또한, 도 1은 도 1은 Cr당량(Creq.)과 Ni당량(Nieq)의 비율 및 과잉질소지수(Ex.N)와의 관계를 도시한 그래프도로서, 상기 합금성분의 조절에 따른 기공의 발생경향을 도시하고 있다.

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구분	C	Si	Mn	Cr	Ni	N	Cu
비교강1	0.035	0.48	8.08	16.45	2.20	0.220
비교강2	0.065	0.52	7.92	15.46	1.00	0.21	1.47
비교강3	0.031	0.50	8.04	16.53	2.20	0.240
비교강4	0.031	0.49	8.00	16.31	2.20	0.250
비교강5	0.032	1.01	7.90	16.30	2.20	0.250
비교강6	0.050	0.51	8.03	16.30	2.20	0.260
비교강7	0.033	0.51	7.97	16.17	2.20	0.260
비교강8	0.031	0.50	5.53	17.09	2.20	0.260	0.84
비교강9	0.035	0.51	6.97	16.93	1.50	0.270
비교강10	0.039	0.52	8.04	16.34	2.20	0.320
발명강1	0.037	0.46	9.15	16.05	3.09	0.210
발명강2	0.030	0.51	7.20	17.37	4.62	0.230
발명강3	0.043	0.67	9.30	17.12	3.09	0.240
발명강4	0.029	0.49	7.11	17.42	5.17	0.240	0.80
발명강5	0.038	0.55	9.00	17.20	3.00	0.250
발명강6	0.036	0.49	9.22	15.94	3.07	0.240
발명강7	0.035	0.53	8.93	20.94	6.00	0.300
발명강8	0.037	0.49	9.12	16.16	3.09	0.250
발명강9	0.044	0.41	9.04	16.04	3.05	0.250	0.80
발명강10	0.037	0.51	9.10	15.90	3.00	0.250
발명강11	0.033	0.50	9.28	21.48	6.16	0.320
발명강12	0.041	0.49	8.45	16.95	4.28	0.260
발명강13	0.044	0.46	9.98	16.15	2.09	0.270
발명강14	0.033	0.51	8.90	16.15	3.00	0.270
발명강15	0.097	0.40	9.25	21.60	5.58	0.350
발명강16	0.093	0.50	9.61	18.20	5.50	0.310
발명강17	0.087	0.49	9.61	18.10	5.65	0.310
발명강18	0.090	0.52	9.69	18.50	5.50	0.330
발명강19	0.092	0.45	11.32	18.25	6.57	0.350
발명강20	0.081	0.49	9.25	18.57	5.50	0.350
발명강21	0.088	0.49	10.94	17.85	6.59	0.360

구분	수식계산값	기공발생여부	구분	수식계산값	기공발생여부
비교강 1	1.06	유	발명강 9	0.92	무
비교강 2	1.03	유	발명강 10	0.95	무
비교강 3	1.07	유	발명강 11	0.92	무
비교강 4	1.06	유	발명강 12	0.91	무
비교강 5	1.08	유	발명강 13	0.99	무
비교강 6	1.02	유	발명강 14	0.97	무
비교강 7	1.05	유	발명강 15	0.89	무
비교강 8	1.13	유	발명강 16	0.83	무
비교강 9	1.17	유	발명강 17	0.82	무
비교강 10	1.05	유	발명강 18	0.84	무
발명강 1	0.94	무	발명강 19	0.79	무
발명강 2	0.93	무	발명강 20	0.87	무
발명강 3	0.97	무	발명강 21	0.81	무
발명강 4	0.89	무
발명강 5	0.99	무
발명강 6	0.94	무
발명강 7	0.91	무
발명강 8	0.95	무

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 합금원소의 조성비를 상호 조절함으로써, 델타 페라이트의 생성 거동과 질소의 강중 고용도에 영향을 미치는 정도를 고려한 수식을 이용하여 질소 기공의 발생을 억제하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 중량%로 C: 0.15%이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 5~12%, Ni: 8.0% 이하, Cr: 14.0~23.0%, N: 0.40% 이하, Cu: 3.0% 이하를 함유하고 기타 Fe 및 불가피한 원소로 이루어지며, Cr당량(Creq.)과 Ni당량(Nieq.)의 비율 및 과잉질소지수(Ex.N)가 하기의 식 1을 만족하며,

   상기 과잉 질소 지수는 하기의 식 2를 만족하고,

   상기 Ni당량과 Cr당량은 하기의 식 3을 만족하도록 합금의 성분을 조절하는 것을 특징으로 하는 고망간, 고질소 오스테나이트계 스테인레스강.

   [식 1]

   A1 X Ex.N + A2 X Creq. / Nieq. ≤ 1 (A1:0.2351, A2:0.4015)

   [식 2]

   Ex. N = {N /(Cr + 0.5Mn - C - 0.5Si - 0.05Ni)} X 100

   [식 3]

   Nieq.(Ni 당량) = Ni + 0.25Mn + 15N + 25C + 0.35Cu

   Creq.(Cr 당량) = Cr + 0.7Si
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